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科技智轉農業,談日本智慧農業的推展

台灣經濟研究院/劉一萍 副研究員

農業智慧化的推展需要政府政策與農方的支持,及周邊產業的配合發展和時間醞釀,才能逐漸看見推動成效,日本近年透過智慧農業的推動,將ICT、IoT等相關元素融入農務運作,促進農業經營業態的改變,逐漸向省力化、減輕負擔、確保人力等方向邁進。本文將涵蓋日本對於智慧農業的定義、近期智慧農業的推動措施及案例、實證計畫的大力推展、對農業技藝傳承的重視、農事支援服務發展等層面,透過觀摩日本之推動經驗,可作為我國發展智慧農業之參考。

由於從農人力減少和農業就業人口高齡化趨勢的發展,日本農業面臨著勞動力不足的挑戰,也使得平均經營的耕地面積持續擴大,需要透過技術革新突破每人作業面積的局限。並且在農林水產業的生產現場,依然存在著許多必須仰賴人力,以及若非熟練者就無法操作的工作,因此省力化、確保人力、減輕負擔成為農業發展的重要課題。

其實從農人口老化、勞動力不足、農業技藝需要傳承等議題,亦是台灣與各國農業發展同樣面臨的挑戰,因而智慧農業成為近年農業發展很夯的主題,台灣也參與其中,期望能以更有效率、更智慧化的方式,提升農業生產力並降低農業的不可預測性。

日本智慧農業的推動近年著重農機具、機器人、農業用助力服、無人機、ICT技術的應用,來協助農業智慧化的發展。而相關科研具體落實產業的實績,則有自動行駛拖拉機、GNSS導引系統等,以提升農作效率及施肥最佳化技術。

日本對於智慧農業的定義

參考日本農林水產省智慧農業相關說明資料顯示,日本對其發展智慧農業的詮譯,即為「農業技術×尖端技術」,以發揮每人作業規模得以擴大、農業技藝得以傳承、正確預測農作物生長和病蟲害的效果(圖1)。

圖1 日本對於智慧農業的定義
▲ 圖1 日本對於智慧農業的定義。
資料來源:農林水產省,“關於智慧農業的發展”,2020年2月,作者自譯。

日本近期智慧農業的推動措施

日本智慧農業推動迄今,為開發各種能導入至農業現場的農業技術,以及建立智慧農業諮詢體制,整備得以穩定推進智慧農業的實地現場環境。持續透過研究開發、實證與普及、環境整備三階段的落實,推進日本農業智慧化。近期在研究開發階段的重點包括:(1)為了能以實地導入可以接受的價格,提供包含中山間地的各種地區和品目(產品項目)的智慧農業技術,而進行以農民需求及現場運用為原則的研究開發,並針對目前沒有研究過的地區、品目優先進行開發;(2)在全國展開農業領域的AI研究,貢獻於解決農業現場的課題,並以農業版ICT人才銀行的建構為目標,強化農研機構的AI人才,進行高品質的AI研究。

在實證與普及階段的重點包括:(1)規劃將智慧農業的相關課程,納入全國農業大學的課程中,在逐漸擴大和充實融入智慧農業相關課程的同時,也計畫擴展至農業高校實施;(2)為了增加農民引進智慧農業技術的機會,致力在各地召開研討會、媒合會議等,同時透過有效利用行政程序的線上系統,將訊息直接傳達給務農者;(3)以建構和實踐各都道府縣之主要農產品項目的智慧農業技術體系為目標,策劃建構從生產至出貨的一貫性體系之智慧農業技術的實證,以及以產地和品目為單位的智慧農業技術體系等;(4)提出智慧農業機器、系統的共同使用或委託代耕的有效示範,同時整備促進民間各產業參與智慧農業領域的環境;(5)全面普及指導中心成為務農者的智慧農業相關諮詢窗口,務農者可從普及指導員等習得知識和活用技術的方法;(6)配合智慧農機的實用化,整備必要的安全指引規範。

在環境整備階段的重點包括:(1)針對發展自動行駛農機、ICT水資源管理等,智慧農業的農村整備展開檢討、開發,同時致力整備情報網路的環境;(2)策劃以實現中山間地之智慧農業為基調,整備農場以及適合果樹農業等特性的環境;(3)為推進農業數據合作平台(WAGRI)的各種數據之累積和提供,同時推動擴展至農業生產以外的加工、流通、消費的智慧食物鏈系統之建構;(4)利用食品流通法的計畫認定制度,以設立食品流通平台為後援,同時在物流、商品管理、結算等各領域推動資料的共有與利用,致力節省人力。

此外,亦進行空中次世代行動化系統的建構,特別是在農林水產領域,為了積極將無人機活用在農藥噴灑和肥料噴灑、播種、受粉、收成農作物的搬運、感測、農地、農業水利設施之維護管理、鳥獸類侵害對策上,並根據農業專用無人機之普及計畫,透過官民協調會議擴大與普及農業用無人機應用,進行擴大到目視外飛行的技術開發和實證,推動標竿案例之普及與進行規則之重新評估。

日本智慧農業推動案例

在技術的發展上,自其官方近期揭露的推動案例內容觀察,日本著重農機具、機器人、農業用助力服等的研發及無人機應用,其中也有運用ICT技術來協助農業技藝傳承的案例。於此,提供科技研發具體落實產業的實績,如:自動行駛拖拉機、導入GNSS(注1)導引系統提升農作效率及施肥最佳化技術的介紹(圖2、圖3、圖4)。

圖2 自動行駛拖拉機技術發展案例
▲ 圖2 自動行駛拖拉機技術發展案例。
資料來源:農林水產省,“關於智慧農業的發展”,2020年2月,作者自譯。
圖3 導入GNSS導引系統提升農作效率案例
▲ 圖3 導入GNSS導引系統提升農作效率案例。
資料來源:農林水產省(2019),“農業新技術活用事例”,作者自譯。
圖4 施肥最佳化技術發展案例
▲ 圖4 施肥最佳化技術發展案例。
資料來源:農林水產省,“關於智慧農業的發展”,2020年2月,作者自譯。

2019年日本智慧農業加強ICT運用,促進WAGRI的各種數據之持續蓄積和對外服務,並展開兩年為一程的智慧農業發展實證計畫;另透過農業技藝的傳承及活用RaaS、無人機噴灑農藥、機器人採收等技術協助,助益實現穩定、高品質生產的目標。

日本智農實證計畫的大力推展

日本近期智慧農業的推動措施,2019年除了在加強ICT運用上,促進了WAGRI(注2)的各種數據之持續蓄積和對外提供服務外,亦為了進行機器人、AI、IoT等先進科技應用於農業的開發與實證,展開了兩年為一期程的「智慧農業實證計畫」。智慧農業實證計畫包含了「智慧農業技術的開發實證計畫」及「智慧農業加速化實證計畫」,推動的目的是加速智慧農業的產業落實,實際在生產現場導入先端科技,利用兩年時間進行技術實證的同時,希望藉由技術導入達到經營上的明確效果,推廣智慧農業的社會實做。

從北海道到九州沖繩的中山間地與包含離島之全國各地區,展開了69個推動場域,針對水田作物(大規模、中山間、出口專用)、旱田作物、露地蔬菜、溫室栽培作物、花卉、果樹、茶葉、畜產等各種項目,開始進行智慧農業的實證,並且由農研機構(国立研究開発法人農業‧食品産業技術総合研究機構,NARO)作為實施主體,於實證期間,針對活用技術、數據收集方式等提出指導與建議,以及對整體計畫推動進行管理;此外,農研機構亦將透過實證所取得之數據,從技術面與經營面進行分析與解析,對營農管理和技術改善等提出建議,期待農方於導入智慧農業時能夠活用經營判斷的情報(訊息)。於此,提供69個實證案例中被日本廣宣的一例―鹿兒島崛口製茶之智慧農業實證內容概要,以茲參考(圖5)。

圖5 鹿兒島崛口製茶智慧農業實證內容概要
▲ 圖5 鹿兒島崛口製茶智慧農業實證內容概要。
資料來源:農林水產省(2019),「智慧農業實證計畫手冊」,作者自譯。

日本對農業技藝傳承的重視

為了提升務農者的技能以及讓新進務農者能習得技術,針對熟練務農者(農業高手)都摘取怎樣的果實,以及他(她)們是如何剪枝等知識,就必須將屬於熟練務農者的「經驗」和「猜測」 的「隱形知識」轉換為「外顯知識」。例如:將採摘橘子等難以範本化的高度生產技術轉換為「可視化」,不僅可以傳承熟練務農者的技術和判斷,同時可以應用在新進務農者的學習系統上,並使其實用化。日本透過「革新的技術開發緊急展開事業」等預算,在17府縣和10個項目以上,建構學習支援系統,並至2018年度為止已推展至25府縣,其中主要的農產項目包含葡萄(吉貝素處理、修剪等)、橘子(栽培)、草莓(收、裝盒)、蘋果(矮化栽培的修剪)、水稻(栽培)等。

案例中有的是運用衛星畫面、感測數據、產量數據等蒐集與分析作物生長狀況,進以解構熟練務農者的栽培技術,或是架設ICT設備攝錄作業影像、建構學習系統,讓學習者可以運用智慧手機依照自己的步調去預習及複習。而近期亦發展利用3D電腦模擬或VR進行蘋果剪枝(注3)的新形態學習方法,透過VR進行虛擬實境學習,除可享多人共享空間與一起了解生長過程和討論的好處外,也助益學習時間縮短 (學習蘋果的栽種技術通常要花五年),建構了新進務農者或女性務農者等學習對象都能輕鬆參與的環境。

透過活用ICT等相關技術的協助,助益需要複雜判斷之各種作業可視化,得以讓學習者在短時間內傳承熟練務農者的經驗,而熟練務農者亦可能可以運用經驗換取對價報酬,在互助互利的發展下,進而實現穩定、高品質生產的目標。

日本農事支援服務的發展

近年來日本智慧農業的推動,增加了農業支援服務,發展有效利用無人機和IoT等最新技術來進行辛苦的農藥噴灑作業,或推展自動收成機器人,並以不販售的方式,而根據其收成量徵收服務費用的RaaS (Robot as a Service)事業。希望以此策略可以解決持續擴大的農業生產現場人手不足的問題,並透過智慧農機的導入而降低成本。

以JA鹿兒島縣經濟連(鹿兒島縣鹿兒島市)為例,其培育並配置六名年輕職員成為無人機操控員,受理來自JA成員委託的防除作業,代為使用無人機噴灑農藥,自2019年度開始提供服務(圖6)。另以Inaho(株)為例,其以不販售自動收成機器人,而是以RaaS的方式提供收成服務,依收成量收取服務金額,展開其事業,並自2019年10月開始提供服務(圖7)。

圖6 JA鹿兒島縣經濟連案例
▲ 圖6 JA鹿兒島縣經濟連案例。
資料來源:農林水產省,“關於智慧農業的發展”,2020年2月,作者自譯。
圖7 Inaho(株)RaaS案例
▲ 圖7 Inaho(株)RaaS案例。
資料來源:農林水產省,“關於智慧農業的發展”,2020年2月,作者自譯。

結論與建議

農業智慧化的推展,需要政府政策與農方的支持,及相關周邊產業的配合發展和時間醞釀,才能逐漸看見推動成效。日本智慧農業的全面推展,由內閣府的大力促進為開端,展開研究開發、實證與普及、環境整備等階段,逐步推進。並為了加速智慧農業的社會實做,於2019年起透過智慧農業實證計畫政策工具,在日本全國69個實證農場,進行先端科技導入與技術驗證,期提升農業經營效果。以及為了提升務農者的技能及新進務農者容易習得技術,讓從農變得簡單,日本透過政府資源挹注,活用ICT等相關技術,建構學習系統,助益農業技藝傳承。

此外,為普及智慧科技於農業的應用,並兼顧導入的經濟效益,日本近期發展出農事支援服務業,助益提升科技導入農務作業的接受度。另亦推動全面普及指導中心,以及智農人才扎根等相關措施,協助日本農業智慧化的普及推廣。日本推動智慧農業迄今,自其官方揭露之發展案例觀察,已逐漸於各品目的應用發揮擴大每人的作業面積、節省人力/工時、穩定產量與提升品質、降低成本、減省水資源、農業技藝傳承等成效。

台灣自2017年起由行政院農委會推動「智慧農業4.0綱要計畫」,以智慧生產、數位服務為主軸,產業應用措施、產業應用技術擴散及技術研發應用為三大執行架構,並且以安全、效率、低風險為願景目標,重視農業生活、生產、生態三生功能,加強研發應用、普及推廣,對示範場域推動及智農聯盟成立不遺餘力,並由官方規劃整合發展農業大數據共通平台。綱要計畫推動迄今亦已於提升產值、節省工時、降低成本、促成投資等層面展現成果。

整體來說,台灣農業智慧化發展脈絡與日本相近,建議未來可再加強大學、高職在校生、農民、業者於智慧農業領域相關課題之研修與輔導,建立更系統性的普及推廣機制,積極透過台灣ICT技術的強項、推動農業技藝的傳承,同時關注共享經濟的發展,適時扶植新興服務業,並全面掌握智慧農業落地應用成效與廣宣,加速農業智慧化的推展,普及應用到各農畜產品目,增進台灣農業於從農人力老化、產銷失衡、氣候變遷等課題的應變能力,提升台灣農業競爭力(本文為執行行政院農業委員會委辦計畫,「智慧農業計畫績效展現暨法規調適研析」(109農科-11.1.1-科-a1)之計畫相關成果)。

注釋

  1. 衛星導航系統(Global Navigation Satellite System, GNSS)是覆蓋全球自主地利空間定位的衛星系統,允許小巧的電子接收器確定它的所在位置(經度、緯度和高度),並且經由衛星廣播沿著視線方向傳送的時間訊號,精確到十米的範圍內。接收機計算的精確時間以及位置,可以作為科學實驗的參考(摘自維基百科)。
  2. 日本官方考量原先農業大數據零散存在不同地方,同時資料亦缺乏橫向整合,因而提出了農業數據合作平台(「農業データ連携基盤」,通稱WAGRI)構想,將對農業生產經營有幫助之農業用土壤、氣象等重要之農業關聯資訊,整合入農業數據合作平台,並於2017年8月成立農業資料聯合基礎協會,2017年12月完成平台雛型,2019年4月正式提供服務。
  3. 剪枝是能穩定生產高品質蘋果的重要技術,為此架構了能盡早學得此技術的學習系統,並進行驗證。

參考文獻

  1. 劉宥杉,“走在農業智慧化的路上,美日先進國家之發展構想與期望達到之效益”,台灣經濟研究月刊,第41卷11期,台灣經濟研究院,頁119~126,2018年11月。
  2. 農林水產省,“關於智慧農業的發展”,2020年2月。
  3. 農林水產省(2019),「智慧農業實證計畫手冊」。
  4. 農研機構(2019),「特集“智慧農業實證計畫”」,廣報NARO No.13。
  5. 農林水產省(2019),“農業新技術活用事例”。
  6. 農林水產省,農業技藝傳承相關,2020年2月。
  7. 農林水產省,智慧農業相關,2020年2月。
  8. 維基百科,“衛星導航系統”,2020年2月。